Les servos en aéromodélisme

Les servomoteurs en aéromodélisme

Différents points techniques caractérisent les servos : format/dimensions, couple, vitesse rotation, masse, solidité…Petit tour d’horizon !

Un servo, plus précisément servo-moteur, est comme son nom l’indique un moteur asservi.

Il est utilisé en aéromodélisme, et plus largement dans le domaine des drones et de la robotique.

De nombreuses marques se partagent le marché, dont certaines très connues parce que très anciennes et réputées.

On peut ainsi citer Futaba, Hitec, Protronik, Savox, … A ces marques s’ajoutent d'autre marques plus ou moins connues, mais aussi de nombreuses marques « no name », c’est-à-dire souvent des fabricants chinois qui fabriquent pour le nom d’autres marques ou revendeurs. Ceci a pour effet de rendre plus difficilement « lisible » ce marché.

Parmi les fabricants les plus reconnus, Futaba est incontournable. Ce fabricant japonais livre le monde industriel, met en avant un système de gestion de la qualité qui rend systématiques les performances de ses servos et non pas aléatoires comme d’autres marques basiques. Les composants internes des servos peuvent largement différer d’un constructeur à l’autre ! Cette marque est très utilisée en compétition, et fait souvent la différence en termes de consommation électrique qui est optimisée.

La marque protronik propose quant à elle des servos avec un excellent rapport qualité prix, souvent directement en HV, c’est-à-dire qu’ils peuvent être alimentés directement à partir d’une batterie lipo 2S sans abaisseur de tension, ce qui est pratique et fait économiser du poids sur un aéromodèle ! (batterie li-ion recommandée pour la réception)

Avant de choisir un servo, il faut s’interroger sur la place du servo dans la machine qu’on souhaite faire voler. Par exemple, un modèle de compétition n’aura pas besoin de la même vitesse d’exécution des ordres qu’un modèle loisir. L’échelle de l’aéromodèle compte également énormément.

Voyons les caractéristiques une par une.

Le format / les dimensions du servo.

Autant le préciser tout de suite : un servo standard ne conviendra pas pour un modèle miniature comme pour l’indoor par exemple. Différents formats existent : nano, micro, mini, standard, …

Il est d’abord important de savoir de quelle place on dispose pour implanter son servo.

Néanmoins, si on n’a pas la place de mettre un servo au format standard pour commander des volets de courbure sur un ptit gros, il faudra quand même arriver à la trouver car un nano ne fera jamais l’affaire ! De nombreuses astuces et accessoires surtout existent pour intégrer facilement un servo à un avion, comme par exemple ceci ou cela !

Le couple 

En physique, le couple d'un moteur (ici notre servomoteur) est la force qui agit avec un bras de levier sur un point de pivot. Le calcul du couple moteur se fait à l'aide de la formule de la loi du bras de levier : couple moteur = force (N) x bras de levier (m). Pour un servomoteur, on adapte les unités à son échelle, et on parle de kg.cm. (10N correspond à environ 1kg).  

Il est impératif de savoir quelles contraintes mécaniques on va appliquer au servo pour pouvoir le dimensionner correctement. Les servos les plus sensibles, en aéromodélisme, sont souvent ceux des volets de courbure, profondeur et ailerons. Qui sont d’ailleurs des fonctions doublées voire tripler sur des gros modèles (2 ou 3 servos par volet ou 2 ou 3 volets pour une fonction!)

La règle d’or est de toujours surdimensionner ! C’est ce qui fera que votre servo durera dans le temps et ne lâchera pas du jour au lendemain, sans crier gare.

Par exemple un servo de 3kg (sous-entendu de 3kg.cm) est tout juste pour un avion de début standard, de petite envergure (1m20-1m40). Il n’est pas raisonnable de mettre moins puissant. Exemple d’un servo standard moderne mais premier prix pour avion de début ici : le S-U300

Nous recommandons de respecter les consignes données par le constructeur de votre modèle ou de procéder par comparaison en prenant les servos recommandés pour un modèle similaire !

La vitesse de rotation

La vitesse de rotation du servo moteur est importante pour que le modèle réagisse vite à la sollicitation de la commande en vol. Parfois, quelques fractions de secondes peuvent faire la différence entre un crash et la survie. Mais c’est surtout entre 2 compétiteurs que la différence peut se faire sentir, et c’est souvent les compétiteurs qui attachent une plus grande importance à ce paramètre, car il influe sur la qualité d’une figure en F3A ou F3C par exemple.

Le type de pignons

Plusieurs possibilités : plastique, plastique renforcé, métal dont titane… Il s’agit d’un compromis à trouver entre robustesse et résistance aux chocs et accrocs, et légèreté. Les pignons en métal alourdissent rapidement un bilan de masse sur un modèle indoor…

Mais attention, à l’intérieur d’un servo, on trouve plusieurs engrenages, et la plupart restent en plastique, même en présence d’1 pignon métal ! Le mieux est de démonter un vieux servo pour bien comprendre !

Le titane est particulièrement recommandé, car c’est un métal à la fois léger et solide comme sur ce servo 9842 par exemple, où le métal est omniprésent, à tous les étages du système d’engrenages.

A noter qu’il existe un lubrifiant pour les engrenages de servo, qui permet de faire durer son matériel !

La masse du servo

On ne la regarde souvent de près au niveau des servos que pour l’indoor…Sur des modèles plus gros, la masse devient accessoire. C’est donc dans le monde des nano et micro servos qu’a lieu cette « bataille » !

Hitec s’est positionné très tôt dans son histoire sur les servos petits formats, pour l’indoor mais aussi les planeurs, comme par exemple ce HS85MG, petit mais costaud ! (et à tarif sympa…)

Roulements à billes

Les roulements à bille ont un effet sur les performances du servo et sa tenue dans le temps/durabilité. Avec des roulements, le servo est plus rigide dans l'ensemble et plus précis.

Un pallier sur roulements à billes (surtout quand il y a en 2), soulage le servo dans ses efforts pour agir sur une commande. Il diminue également l’usure en préservant le moteur du servo et toute la pignonnerie. Néanmoins, la présence de roulements a malheureusement un impact sur le prix du servo, et sur sa masse. Ils sont donc moins présents sur les tous petits servomoteurs.

Exemple d’un servo avec 4 roulements à billes (!!!) pour la compétition : le BLS253 de Futaba !

Le type de moteur

Les servomoteurs sont équipés de tout petits moteurs électriques. Pendant longtemps, ceux-ci étaient uniquement des moteurs à charbon, même lors de l’arrivée des premiers moteurs brushless pour la motorisation de nos modèles. Mais certains constructeurs ont pu ensuite réussir à introduire les moteurs brushless dans les servos, comme futaba avec sa gamme « BLS ». Les moteurs brushless, pour rappel, sont plus performants et plus durables.

La tension d’alimentation

Pendant longtemps, les servos devaient être alimentés en 4,8V, voire 6V max, au risque de détériorer les composants. Mais les choses ont évolué.

2 choses à savoir ici :

1)      la tension joue sur les performances (une tension plus importante amène plus de couple et une vitesse plus importante)

2)      il y a clairement un aspect pratique (doublé d’un risque moindre de détruire un servo par surtension). Le fait d’avoir un servo HV permet de brancher directement une batterie lipo 2S pour alimenter récepteur et servos sans abaisseur de tension ou régulateur de tension.

Pour finir :

-Il existe des boitiers de servo en métal, avec des ailettes. Le métal étant un bon conducteur (contrairement au plastique), le boitier permet d’évacuer la chaleur et de refroidir le moteur du servo, en plus d’accroitre la résistance du corps du servo. L'ensemble est également plus rigide et donc plus précis!

-2 mots sur le SBUS : ce système permet de mettre en série tous les servos qui équipent un avion à la configuration complexe. On installe des hubs comme celui-ci chez Futaba, qui permettent à chaque servo de savoir exactement à quel moment il doit intervenir. Cette logique économise des fils, de la masse et simplifie l’ensemble de la configuration !

- Il existe des testeurs de servos : power peak mutliplex ou ST8

-Et enfin, il existe des servos à rotation continue pour des applications spécifiques, comme le HSR-2645-CRH et la servo linéaires, présents au début de l’aéromodélisme, ont fait leur retour !

- pour durer, un servo ne doit supporter que les contraintes du vol lui-même et pas celui dû à une mauvaise installation: aucun point dur ne doit exister dans les commandes!

Bonus :

- Un servo, ça peut aussi…permettre de larguer en vol avec ce type d’accessoire ou encore remorquer un planeur avec celui-ci !

- Pour contrôler un servomoteur à partir d'un arduino: voir ici